研究人员创造了可以穿透不透明材料的光波

研究人员创造了可以穿透不透明材料的光波

维也纳科技大学

为什么糖不透明？ 因为穿透一块糖的光以非常复杂的方式被散射，改变和偏转。 但是，正如维也纳工业大学（维也纳）和乌得勒支大学（荷兰）的研究小组现在已经能够证明的那样，有一类非常特殊的光波不适用于此：对于任何特定的无序介质，例如您可能只是在咖啡中放了方糖-可以构造出量身定制的光束，该光束实际上不受此介质的影响，而只是衰减了。 光束穿透介质，并且光图案到达另一侧，其形状与介质根本不存在的形状相同。

这种“光的散射不变模式”的思想也可以用来专门检查物体的内部。 该结果现已发表在《自然光子学》杂志上。

天文数字可能的波形

湍流的水表面上的波可以呈现出无限多种不同的形状-同样，光波也可以无数种不同的形式产生。 TU维也纳理论物理研究所的Stefan Rotter教授解释说：“当您通过无序的介质发送这些光波时，每种光波都将以非常特定的方式发生改变和偏转。”

Stefan Rotter与他的团队一起正在开发描述这种光散射效应的数学方法。 乌特勒支大学Allard Mosk教授周围的团队贡献了产生和表征此类复杂光场的专业知识。 “作为光散射介质，我们使用了一层氧化锌-一种完全随机排列的纳米颗粒的不透明白色粉末，”实验研究小组负责人Allard Mosk解释说。

首先，您必须精确地描述这一层。 您可以通过氧化锌粉末发出非常特殊的光信号，并测量它们如何到达其后面的检测器。 由此，您可以得出结论，该介质如何改变任何其他波-特别是，您可以确切地计算出该氧化锌层改变的波型，就像该层中完全没有波散射一样。

“正如我们能够证明的那样，有一类非常特殊的光波-所谓的散射不变光模式，无论检测器是否仅通过空气发送，它们都会在检测器上产生完全相同的波型。还是必须穿透复杂的氧化锌层，” Stefan Rotter说。 “在实验中，我们发现氧化锌实际上根本不会改变这些光波的形状-它们只是整体上变得稍微弱了一点，”阿拉德·莫斯克（Allard Mosk）解释说。

进行比较：无散射的光束。 图片提供：Allard Mosk / MatthiasKühmayer

光探测器处的恒星星座

尽管这些散射不变的光模式可能非常特殊和稀有，但在理论上可能的光波数量不受限制的情况下，人们仍然可以找到其中的许多。 而且，如果以正确的方式组合了这些散射不变的光模式中的几种，您将再次获得散射不变的波形。

 “以这种方式，至少在一定的范围内，您可以自由选择要通过物体发送的图像而不会受到干扰，”担任博士学位的杰罗恩·博斯（Jeroen Bosch）说。 大学生。 “在实验中，我们选择了一个星座作为例子：北斗七星。确实，可以确定一个不变散射波，将北斗七星的图像发送到探测器，而不管光波是否被散射。对于探测器，光束在两种情况下看起来几乎相同。”

单元内部的外观

查找穿透很大程度上不受干扰的物体的光图案的这种方法也可以用于成像过程。 “在医院中，X射线用于观察体内-它们的波长较短，因此可以穿透我们的皮肤。但是，光波穿透对象的方式不仅取决于波长，还取决于波形。”博士学位的MatthiasKühmayer说。 学生对波传播的计算机模拟。 “如果要将光聚焦在对象内部的特定点上，那么我们的方法将带来全新的可能性。我们能够证明，使用我们的方法，氧化锌层内部的光分布也可以得到专门控制。” 例如，对于生物学实验来说，这可能会很有趣，您想在非常特定的位置引入光以观察细胞内部的深处。

来自荷兰和奥地利的科学家联合发表的论文已经表明，理论与实验之间的国际合作对于在这一研究领域取得进展具有多么重要的意义。